콘크리트 배합설계로 시멘트량, 골재량, 혼화제 3가지 구하기

작성일자 4월 29, 2025 글쓴이 sala-dent

콘크리트 배합설계 하는 방법을 알려드리겠습니다. 하나씩 알려드리는 방법보다, 예제를 풀어서 보여드리는게 나을거 같은데요. 아래 설계조건, 재료시험값을 통해 배합강도를 산정하는 방법, 배합 시 필요한 결합재, 시멘트량, 골재량, 혼화제 산정하는 방법을 예제로 풀이해봤습니다. 예제 풀이 중간에 콘크리트 강도 관련 글도 있으니, 참고하시기 바랍니다. 감사합니다.

목차

콘크리트 배합설계법 (예제)

1. 설계조건

(1) 콘크리트 재료조건

콘크리트 배합설계 시, 목표로 하는 콘크리트 강도 및 조건은 아래와 같다.

압축강도 f_ck = 24 MPa
사용 골재 : 최대 치수 25mm 골재 사용
공기량 : 4.5% ± 0.5%
슬럼프 : 120~150mm
AE제 사용 (시멘트 질량의 약 0.03%)

(2) 재료시험 결과

재료 시험 결과는 다음과 같다고 가정한다.

시멘트 밀도 : 3.15 g/cm³
잔골재 표건밀도 : 2.60 g/cm³
굵은골재 표건밀도 : 2.65 g/cm³
잔골재의 조밀율 : 2.86 (5mm 체 잔유분 제거 후 시험)

2. 배합강도 선정

배합강도 f_cr 는 다음과 같이 계산하여, 최종 배합강도를 산정하였다

$f_{cr} = f_{ck} + 1.34 \times S$

여기서 S는 표준편차 3.6 MPa를 사용하였다. 따라서

$f_{cr} = 24 + 1.34 \times 3.6 = 28.8 , \text{MPa}$

또는 다른 공식으로 계산하여

$f_{cr} = f_{ck} + 2.33 \times S = 24 + 2.33 \times 3.6 = 28.9 , \text{MPa}$

따라서 배합강도 f_cr는 두 값 중 큰 값인 28.9 MPa로 설정한다.

3. 콘크리트 배합설계 3가지 선정

(1) 물-결합재비의 선정

물-결합재비는 실험을 통해 얻은 관계식을 사용하여 결정하였다.

관계식 :

$f_{28} = -13.8 + 21.6 \dfrac{B}{W}$

여기서,
f₂₈ = 28.9MPa를 대입하여 B/W(물-결합재비)를 구하면

$28.9 = -13.8 + 21.6 \dfrac{B}{W}$

$21.6 \dfrac{B}{W} = 28.9 + 13.8 = 42.7$

$\dfrac{B}{W} = \dfrac{42.7}{21.6} \approx 1.98$

따라서

$\dfrac{W}{B} \approx 0.505$

안전 측면에서 W/B = 0.50 로 선정한다.

(2) 잔골재율 및 단위수량 결정

목표 슬럼프 및 공기량 조건을 고려하여 기준으로 잔골재율(S/a)을 선정하였다.

기본 잔골재율 : 42%

보정 후 잔골재율 :

$S/a = 41.7%$

단위수량(물의 양):

$W = 181 \text{kg/m}^3$

(3) 단위용적 계산

단위 결합재량 :

$B = \dfrac{181}{0.5} = 362 \text{kg}$

시멘트 절대 용적 :

$V_c = \dfrac{362}{0.00315 \times 1000} = 115 \text{L}$

공기량 :

$1000 \times 45 \text{L} = 45 \text{L}$

골재 절대용적 :

$a = 1.000 - (115 + 181 + 45) = 659 \text{L}$

잔골재 절대용적 :

$s = 659 \times 0.417 = 275 \text{L}$

단위 잔골재량 :

$S = 275 \times 0.0026 \times 1000 \text{L} = 715 \text{L}$

굵은골재 절대용적 :

$V_g = 659 - 275 = 384 , \text{L}$

단위 굵은골재량 :

$G = 384 \times 0.00265 \times 1000 = 1,018 \text{kg}$

단위 혼화제(AE)량 :

$362 \times 0.0003 = 0.1086 \text{kg}$

콘크리트 강도 및 설계조건에 부합하는 배합설계를 해봤습니다. 배합설계 결과로는 단위결합재량, 시멘트량, 공기량, 골재 및 잔골재 용적, 혼화제량이 산출할 수 있었습니다. 참고하시고 도움되시기 바랍니다. 감사합니다.

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